汽車變速器軸承的壽命計(jì)算

王麗娟, 白冰

(中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司 技術(shù)中心，山西 大同 037305)

1 變速器軸承的應(yīng)用特點(diǎn)

汽車變速器結(jié)構(gòu)如圖1所示。在變速器中，一軸后軸承，二軸前、后軸承，中間軸前、后軸承基本都為滾動軸承。

圖1 變速器結(jié)構(gòu)簡圖

一軸前軸承僅在離合器分離時(shí)內(nèi)、外圈才有相對運(yùn)動，因此按靜載荷計(jì)算軸承壽命，所選軸承的額定靜載荷C0應(yīng)大于2Fr0，F(xiàn)r0為取Temax(發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩)時(shí)1擋輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的軸承徑向載荷[1]。

二軸與齒輪間的滾針軸承，未掛擋時(shí)滾針與內(nèi)、外滾道間有相對轉(zhuǎn)速差，但滾針僅承受使齒輪滑動的摩擦力矩與慣性力矩，載荷極小。掛擋后，滾針、軸及齒輪一同轉(zhuǎn)動而無轉(zhuǎn)差，滾針僅承受徑向載荷。由于經(jīng)常換擋，每擋連續(xù)工作時(shí)間不長，故極少有表面點(diǎn)蝕損壞情況，多由于間隙不當(dāng)或潤滑不良而卡住或燒壞。

二軸前支承滾針軸承和固定式中間軸與連體齒輪間的滾針軸承，承受的徑向載荷需進(jìn)行驗(yàn)算。滾針軸承常采用滿裝結(jié)構(gòu)以提高其承載能力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證合理的滾針間隙，以利于正常工作并延長使用壽命。一般推薦滾針間最小間隙為0.025 mm，滾針間的總間隙量最大值為(0.5～0.7)Dw(Dw為滾針直徑)，兩項(xiàng)不能同時(shí)滿足時(shí)應(yīng)保證后者。

為了防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承內(nèi)圈與軸、外圈與外殼孔產(chǎn)生相對滑動，套圈與軸和外殼孔間均采用適當(dāng)?shù)木o配合。特別對于薄壁軸承，采用適當(dāng)?shù)木o配合可使軸承套圈在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受力均勻，承載能力得到充分的發(fā)揮。但軸承的配合不能太緊，以免內(nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮使軸承的徑向游隙減小甚至完全消除，從而影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承內(nèi)圈與軸的配合取基孔制，且為負(fù)公差(即上偏差為零)，這樣更易獲得較為緊密的配合。軸承外圈與外殼孔的配合取基軸制，也取負(fù)公差，軸承外徑公差取JS6和J6。但軸承外圈與外殼孔的配合比內(nèi)圈與軸的配合相對松些[2]。

2 變速器軸承壽命計(jì)算

汽車變速器軸承耐久性的評價(jià)以軸承的滾動接觸疲勞為依據(jù)。在變速器中，大多為雙支承軸。多數(shù)情況下，可以把雙支承軸的結(jié)構(gòu)作為靜定問題處理，假定軸的變形對軸承載荷沒有影響，將軸看作簡支梁，軸承僅承受垂直于軸線的徑向載荷。利用力的平衡方程計(jì)算出支承反力，把得出的支承反力作為軸承載荷進(jìn)行壽命計(jì)算。齒輪傳遞到軸上的徑向載荷和切向載荷可以合成為軸上的徑向載荷；軸向載荷也傳遞到軸上，因此軸承承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。

軸承的壽命計(jì)算公式為

式中：Cr為徑向基本額定動載荷；Pr為徑向當(dāng)量動載荷；n為轉(zhuǎn)速；球軸承x取3，滾子軸承x取10/3。

軸承壽命計(jì)算的關(guān)鍵在于其當(dāng)量動載荷的確定[3]。

(1)對于不受軸向力的滾子軸承，Pr等于軸承的徑向載荷Fr。

(2)對于球軸承，

Pr=XFr+YFa，

圖2 二軸后軸承的徑向力計(jì)算原理圖

(3)在扭矩大的變速器中，二軸和中間軸前、后軸承都采用圓錐滾子軸承，當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí),Pr=Fr；當(dāng)Fa/Fr>e時(shí),Pr=0.4Fr+YFa。同理，F(xiàn)r等于在各個(gè)擋位時(shí)齒輪所受的切向力和徑向力分別折算成所計(jì)算軸承的徑向載荷與切向載荷后兩者的平方和再開平方。

對于軸承所受軸向力Fa計(jì)算涉及到齒輪軸向力、軸承徑向載荷產(chǎn)生的軸向力，分別對其計(jì)算作如下說明。

(6)某個(gè)擋位的中間軸前、后圓錐滾子軸承軸向載荷Fa分別等于中間軸前、后圓錐滾子軸承軸向支承載荷。

3 結(jié)束語

軸承壽命計(jì)算是軸承選型設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，文中給出了變速器中常用軸承的壽命計(jì)算方法。因?yàn)閳A錐滾子軸承壽命計(jì)算時(shí)，考慮的因素較多，重點(diǎn)介紹了該類軸承的壽命計(jì)算。